(57)【要約】  【課題】  外気を真空系配管内に導入させて真空排気を外気で希釈することにより真空系配管ないしは真空ポンプ内における結露の発生を防止し得、しかも極めて安価で簡素な構造でもって真空系配管内に外気を定量的且つ効果的に導入することが出来る真空系における減圧吸引システムを提供すること。  【解決手段】  真空・減圧吸引される対象物１と真空ポンプ４とが真空系配管２を介して接続され、真空ポンプ４を動作させて前記対象物１から真空・減圧吸引を行う真空系における減圧吸引システムにおいて、真空系配管２の一部或いは全部が、気体透過性を有する材質よりなる管材３で形成され、真空・減圧吸引動作時において気体透過性管材３部分を通して微量の外気を真空系配管２内に導入させることにより真空排気を外気で希釈するようにした。  【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空・減圧吸引される対象物と真空ポンプとが真空系配管を介して接続され、前記真空ポンプを動作させて前記対象物から真空・減圧吸引を行う真空系における減圧吸引システムにおいて、
前記真空系配管の一部或いは全部が、気体透過性を有する材質よりなる管材で形成され、真空・減圧吸引動作時において前記気体透過性管材部分を通して微量の外気を前記真空系配管内に導入させることにより真空排気を外気で希釈することを特徴とする真空系における減圧吸引システム。
【請求項２】
前記真空系配管の一部に閉回路分岐管が存在し、該分岐管の一部或いは全部が、気体透過性を有する材質よりなる管材で形成されていることを特徴とする請求項１記載の真空系における減圧吸引システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空吸引或いは減圧吸引される対象物と真空ポンプとが真空系配管で接続され、真空ポンプを動作させて前記対象物から真空・減圧吸引を行うための真空系における減圧吸引システムに関し、液体から溶存気体を真空脱気したり、或いは各種の理化学的な実験や検査、分析などにおいて真空・減圧吸引によりろ過、導入、移送または濃縮乾燥等を行う際に適用すると好適な真空系における減圧吸引システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、液体中の溶存気体を低減（脱気）するために、当該液体を収容した密封容器内を直接真空吸引したり（これを「真空脱気」と称する。）、或は、密封容器内に収容された気体透過膜を介して真空吸引を行う（これを「膜脱気」と称する。）ことは、種々の分野で広く用いられている。
前者の真空脱気は精密洗浄用の水や加熱水の前処理として行われ、比較的大規模な場合も多いが、後者の膜脱気は液体を用いる分析機器の安定性や精度の確保のために用いられることが多く、比較的小規模であることから真空吸引手段としてダイアフラム型やスクロール型の真空ポンプが用いられている。
【０００３】
また、各種の理化学的な実験や検査、分析などでは真空吸引を用いた液体の移送、導入、ろ過、或いは液体や固体の濃縮乾燥などの操作が自動或いは手動で行われている。
これらの真空吸引或いは減圧吸引には、種々のタイプの真空ポンプもしくは適宜な真空吸引手段を用いることが可能であるが、目的と使用する環境条件等から膜脱気と同様に、ダイアフラム型真空ポンプを用いることが多い。
【０００４】
ところで、前述した種々の真空・減圧吸引される対象物から真空吸引或いは減圧吸引を行う際に、多くの場合、吸引する空気などに水分あるいはその他の液体の気化蒸気が多量に含まれおり、これらの気化成分が使用にともなって真空系配管ないしは真空ポンプ内において凝縮し液化する（これを、「結露」と称する。）ことがある。
真空系配管ないしは真空ポンプ内に結露が発生すると、真空ポンプの機能低下や故障の原因となるだけでなく、真空測定部等に悪影響を与えるために真空制御を安定して行うことが困難になり、その結果、脱気やその他の真空・減圧吸引する目的を安定して遂行し得なくなる。
【０００５】
そこで従来から、真空系配管ないしは真空ポンプ内に結露が発生しないようにいろいろな工夫がなされており、その中に、外部から空気などを取り入れて真空排気を乾燥させることにより結露を防止する方法がいくつか提案されている（例えば、特許文献１〜５を参照。）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１１３８７４号
【特許文献２】特開２００１−０８７６０１号
【特許文献３】特開２０００−１６２１００号
【特許文献４】特開２０００−１０２７０２号
【特許文献５】特開平０８−０２４５０９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、これら従来の方法では、加熱や圧力の変動、流路の切り替え、或いは乾燥空気を別途取り入れるなどの機構を単独或いは組み合わせて用いたり真空制御と関連付けされていることが多く、構造的に複雑になると共に、コストがかかるものであった。
【０００８】
一方、結露は真空ポンプ内に発生するだけでなく、メインの真空系配管に対して圧力センサー等を接続するべく設けられる閉回路分岐管にも結露が発生しやすく、閉回路分岐管部分で結露が発生するとそこに接続された圧力センサーに悪影響を及ぼすため、従来から対策が求められていた。
【０００９】
本発明はこのような現状に鑑みてなされたものであり、外気を真空系配管並びに閉回路分岐管内に導入させて真空排気を外気で希釈することにより閉回路分岐管を含む真空系配管ないしは真空ポンプ内における結露の発生を防止し得、しかも極めて安価で簡素な構造でもって真空系配管内に外気を定量的且つ効果的に導入することが出来る真空系における減圧吸引システムを提供せんとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
斯かる目的を達成する本発明の真空系における減圧吸引システムは、真空・減圧吸引される対象物と真空ポンプとが真空系配管を介して接続され、前記真空ポンプを動作させて前記対象物から真空・減圧吸引を行う真空系における減圧吸引システムにおいて、前記真空系配管の一部或いは全部が、気体透過性を有する材質よりなる管材で形成され、真空・減圧吸引動作時において前記気体透過性管材部分を通して微量の外気を前記真空系配管内に導入させることにより真空排気を外気で希釈することを特徴としたものである。
【００１１】
そして、本発明の請求項２に係る減圧吸引システムは、前記真空系配管の一部に閉回路分岐管が存在し、該分岐管の一部或いは全部が、気体透過性を有する材質よりなる管材で形成されていることを特徴としたものである。
【００１２】
真空排気における液体気化成分割合は真空度が低くなるほど増加し、真空ポンプの排気量そのものは真空度が低くなるほど減少する。また、通常真空ポンプは、ポンプ内部で吸引と同時に排出側では圧縮を行っている。従って、真空流路や真空ポンプ内での結露は極めて生じやすくなる。
【００１３】
本発明に係る減圧吸引システムでは、閉回路分岐管を含む真空系配管の一部或いは全部に気体透過性を有する材質よりなる管材を用い、その気体透過性管材部分を通して空気等の外気を取り入れるようにしているが、その取り入れ量は気体（外気）の透過流束、時間、表面積などに依存する。
ちなみに、透過流束の構成式を下記に示す。
透過流束（kmol/s-ｍ２）＝（ガス透過係数）×（圧力差）／膜厚
【００１４】
上記構成式におけるkmolとは透過するガスのモル数を示し、気体の体積比と考えてよい。従って、透過流束は管材の表面積及び時間当たりの気体透過容量を意味し、環境温度や材質とガスにより規定される透過係数と圧力差、及び透過する管材の肉厚さに依存することになる。
また、外気を導入するために用いる気体透過性を持つ管材の材質、寸法などはそれぞれの真空・吸引システムにおいて最適化され決定されるため一定であり、気体の透過量すなわち外気の取り入れ量は真空内の空気圧力と外気圧力に依存する。この場合の圧力とは、正確には透過ガスの分圧である。
よって、上記の公式は、外気の取り入れ量は真空度が低くなる程もしくは真空排気中の気化成分の量が増すほど増加することを裏付けており、結露が生じやすい状態である低い真空度或いは高い気化成分濃度であるほど希釈外気の取り入れ量が増加し、結露を防止する為の真空排気量の確保と気化成分の濃度低下を効果的に行えることを証明しているといえる。
【００１５】
本明細書で、真空・減圧吸引される対象物とは、真空ポンプを使って真空吸引或いは減圧吸引されるものを指し、例えば、密封容器や、一方が開放され他方が密封容器内に通じており真空吸引或いは減圧吸引されるものを密封容器へ流通もしくはそれ自体へ保持させるための器具、チューブ或いは膜、等を挙げることができる。
【００１６】
従って、本発明に係る真空系における減圧吸引システムは、通常実施されている真空脱気や膜脱気には勿論のこと、各種の理化学的な実験や検査、分析などにおいてろ過、導入、移送または濃縮乾燥等を行う際に用いられる、ロータリーエバポレーターや真空トラップなどにも適用が可能であることが理解されるだろう。
【００１７】
また、本明細書で真空系配管とは、真空・減圧吸引される対象物と真空ポンプとを連通状に接続している配管だけでなく、これらの配管に対して圧力センサー等を接続するべく設けられる閉回路分岐管を含み、更に、真空系配管の一部或いは全部とは、真空・減圧吸引される対象物と真空ポンプとを接続している全配管において、その一部分或いは全体ということである。一部の場合、気体透過性管材からなる配管を、通常の気体透過性を有しない配管と部分的に交えて複数本使用することも含むものである。
【００１８】
また、本発明で使用し得る気体透過性を有する管材としては、他の真空系配管との接続が容易であること、継続的に安定した気体透過特性を保持し且つ真空ポンプの到達真空度を損なわない程度の気体透過性を有すること、等の条件を満たすものが好ましく、具体的には非多孔性のシリコーン製管を代表的な素材として挙げることができるが、上記条件を満たすものであればその他の材質でも構わない。
【００１９】
気体透過性を有する管材の外気透過量は、使用する材質や管材の総表面積および管材の肉厚さと真空系配管内の気体圧力により決定されるが、本発明に係る減圧吸引システムでは、気体透過性を有する管材の肉厚さを選択することで、真空・減圧吸引される対象物と真空ポンプの配置や距離および設置可能な位置など適した長さを任意に選択することが可能である。
【００２０】
特に、気体透過性を有する管材の選定した長さが比較的長い場合や、肉厚さが比較的薄い場合などに、真空・減圧吸引圧力により当該管材がつぶれてしまう可能性があるときには、気体透過性を有する管材の内部に金属或いはプラスチックで形成されたコイルなどの補強材を挿入することにより、管材のつぶれを防止することが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る真空系における減圧吸引システムによれば、真空系配管の一部或いは全部が、気体透過性を有する材質よりなる管材で形成され、真空・減圧吸引動作時において前記気体透過性管材部分を通して微量の外気を真空系配管内に導入させることにより真空排気を外気で希釈するようにしたので、真空排気に含まれる水分ないしは気化蒸気（以下、「気化成分」と称する。）が希釈され、もって、真空ポンプ内の気体の流れも確保されるため、真空系配管ないしは真空ポンプ内における結露の発生を防止することが出来る。
【００２２】
しかも、真空系配管内に外気を導入するのに、真空系配管の一部或いは全部を気体透過性を有する材質よりなる管材で形成するだけであるので、極めて簡素な構造で済むと共に、真空・減圧吸引を行うための真空源である真空ポンプの稼動以外に一切のエネルギーを必要とせず経済的であり、且つ真空系配管内に希釈用外気を定量的且つ効果的に導入することが可能となる。
【００２３】
すなわち、膜脱気あるいは真空脱気では、通常脱気効率を一定にするための真空度制御が行われているが、本発明では結露防止用の希釈用外気取り入れを外気（空気）の膜透過により実現させているため、希釈用外気の取り入れ量は真空系配管に用いる気体透過性管材の材質とそのサイズにより規定され設定できるので、微量外気導入部のための機械的な抵抗管やオリフィス、バルブなどを必要としない。
【００２４】
また、本発明の真空系における減圧吸引システムは、気化成分の外部排出により結露の防止を図るのではなく、真空系配管内に外気（空気）を導入して気化成分を希釈するようにしたので、真空ポンプ排気部以外での気化成分の外部排出防止機構を必要とせず、従って環境面においても極めて優良なものとなると同時に、排気部分で確実に気化有機物質の除去が可能なダイアフラム型真空ポンプを、結露による性能や寿命の低下を起こすことなく使用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の具体的な好適実施例を、図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明は図示した実施例のものに限定されるものではない。
また、全図面を通して同様の構成部材には同一の符号を付してある。
【００２６】
本発明に係る減圧吸引システムは基本的に、図1に示すごとく、真空・減圧吸引される対象物１と真空ポンプ４とが真空系配管２を介して接続され、真空ポンプ４を動作させて前記対象物１から真空・減圧吸引を行う際に、真空系配管２(2a,2b)の一部或いは全部に適用された気体透過性を有する材質よりなる管材３を通して微量の外気を真空系配管内に導入させることにより真空排気を外気で希釈する仕組みになっている。
【００２７】
ちなみに図1に示した第１実施例の減圧吸引システムは、液体の容器空間を直接真空吸引して液体中の溶存気体を低減（脱気）する真空脱気に適用したものであり、従ってこの第１実施例における真空・減圧吸引される対象物１は、密封された真空容器１である。
【００２８】
図２は、真空系配管２(2a,2b)に気体透過性を有する管材３を接続する構造を説明する概念図であり、気体透過性を有する管材３は真空系配管２(2a,2b)に連通状に接続される。この際、気体透過性管材３は真空系配管２(2a,2b)に接着又は溶着或いは周知のソケット等を用いて接続してもよいし、単に差し込み接続するだけでも良い。
【００２９】
また、図３示した第２実施例の減圧吸引システムは、気体透過膜を介して真空吸引を行うことにより液体中の溶存気体を低減（脱気）する膜脱気に適用したものであり、従ってこの第２実施例における真空・減圧吸引される対象物１は、密封された真空容器(11)内に設置された液体を流通もしくは保持させるためのチューブ或いは膜1aである。
なお、図示実施例では、気液分離膜1aを設置した真空容器(11)を２個備えているが、その数は１個でも或いは３個以上あってもよい。
【００３０】
更に、図３に示した第２実施例の減圧吸引システムには、真空容器(11)内の真空度を測定するための真空圧力検知部（圧力センサー）５と、該真空圧力検知部５で検知した圧力を電気信号処理して真空ポンプ４の稼動を制御する真空制御回路６が示されているが、これらは膜脱気装置の一例であり、膜脱気装置にはその他の機能や機構を装備したものが多々ある。
すなわち、本発明に係る減圧吸引システムは、膜脱気装置に装備された真空ポンプ若しくは別途用意された真空ポンプ４と、気液分離膜が収納された真空容器(11)の間の真空系配管２に適用するものであり、膜脱気装置自体の機能や機構に関わりなく適用できるものである。
なお、図中の符号4aは真空ポンプの駆動モーターを示し、4bは真空部ポンプヘッドを示す。
【００３１】
上記真空圧力検知部５は、メインの真空系配管２に対して閉回路分岐管７を介して連通状に接続されており、その閉回路分岐管７の一部或いは全部が、気体透過性を有する材質よりなる管材３で形成され、真空・減圧吸引動作時において気体透過性管材３を通して微量の外気が真空系配管２内に導入される。
【００３２】
更に、図４に示した第３実施例の減圧吸引システムは、フラスコを回転しつつ加熱減圧することでフラスコ内の溶液の濃縮や乾燥を行うロータリーエバポレーターのシステムに適用したものである。従ってこの第３実施例における真空・減圧吸引される対象物１は、密閉された丸底フラスコ(12)である。丸底フラスコ(12)内の溶液を加熱すると気化し、冷却管(13)を通過することで再凝縮し、液体回収容器(14)の底部に溜まる。
【００３３】
この時、真空ポンプ４への排気は、液体を吸引しないように液体回収容器(14)の上部から行われているが、この排気中には飽和量の気化液体が存在しているので、液体回収容器(14)と真空ポン４との間の配管２に気体透過性管材３を介設することで、液体気化成分が飽和状態にある排気を、気体透過性管材３を通して外部より導入された外気（空気）で希釈することにより、真空ポンプ内における結露の発生を防止する。
【００３４】
また、図５に示した第４実施例の減圧吸引システムは、理化学的な実験や検査、分析などにおいて減圧吸引を利用した液体のろ過、移送、導入或いは乾燥を行うシステムに適用したものである。従ってこの第４実施例における真空・減圧吸引される対象物１は、真空容器(15)である。
【００３５】
このシステムでは、真空ポンプ４へ液体が進入するのを防止するために真空トラップ(16)を併用し、真空容器１(15)からの排気を真空トラップ(16)の底部に導き、真空ポンプ４への排気は上部より行うことで液体の真空ポンプ流入を防止する機構となっている。
この場合にも、真空トラップ(16)の排気中には飽和量の気化液体が存在しているので、真空トラップ(16)と真空ポン４との間の配管２に気体透過性管材３を介設することで、液体気化成分が飽和状態にある排気を、気体透過性管材３を通して外部より導入された外気（空気）で希釈することにより、真空ポンプ内における結露の発生を防止する。
なお、図中の符号７は、ろ過管、固相抽出管などを示す。
【００３６】
以上説明した通り、本発明の真空系における減圧吸引システムを真空排気流路における真空ポンプの手前に設置することにより、真空排気は気体透過性管材（気体透過膜）を透過した清浄な外気により希釈され、もって、真空ポンプでの結露を真空系や試料に汚染を生じることなく防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に係る減圧吸引システムの概念を説明する第１実施例を示す模式図。
【図２】真空系配管に気体透過性を有する管材を接続する構造を説明する模式図。
【図３】本発明の減圧吸引システムを膜脱気装置に適用した第２実施例を示す模式図。
【図４】本発明の減圧吸引システムをロータリーエバポレーターによる液体濃縮システムに適用した第３実施例を示す模式図。
【図５】本発明の減圧吸引システムを真空容器を利用した減圧ろ過、液体導入などのシステムに適用した第４実施例を示す模式図。
【符号の説明】
【００３８】
１：真空・減圧吸引される対象物
11：真空容器
12：丸底フラスコ
13：冷却管
14：液体回収容器
15：真空容器
16：真空トラップ
1a：溶存気体除去用液気分離膜
２：真空系配管
2a,2b：真空系配管の一部
３：気体透過性管材
４：真空ポンプ
4a：真空ポンプ駆動用モーター
4b：真空ポンプ真空部ポンプヘッド
５：真空圧力検知部（圧力センサー）
６：真空制御回路
７：閉回路分岐管
８：ろ過管、固相抽出管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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